Schematisk screentrycktillverkning av tryckta Zn//MnO2 MB och optiska fotografier som visar stegvis trycktillverkning av Zn//MnO2 MB.(ad) Schematisk screentrycktillverkning av tryckta Zn//MnO2 MB:(a) det svarta PET-substratet , (b) de tryckta grafenströmavtagarna, (c) den tryckta MnO2 -katoden, (d) den tryckta Zn-anoden. (e-h) Optiska fotografier som visar den stegvisa trycktillverkningen av Zn//MnO2 MB:(e) det svarta PET-substratet, (f) grafenströmavtagare, (g) den tryckta MnO2-katoden och (h) den tryckta Zn-anoden på de interdigitala grafenfingrarna. (i-k) Zn // MnO2 MB tryckta på de olika substraten, inklusive (i) tyg, (j) A4-papper, och (k) glas. Kredit:©Science China Press
Den ökande utvecklingen av mikroskalig elektronik har stimulerat efterfrågan på motsvarande mikroskaliga kraftkällor, speciellt för mikrobatterier (MB). Dock, komplexa tillverkningsprocesser och dålig flexibilitet för de traditionella staplade batterierna har hindrat deras praktiska tillämpningar.
Plana MB har nyligen fått uppmärksamhet på grund av deras enkla miniatyrisering, enkel seriell/parallell integrering och möjlighet att arbeta utan separatormembran. Vidare, plan geometri har en extremt kort jondiiffusionsväg, som tillskrivs full integration av tryckt elektronik på ett enda underlag. Också, för att bli av med säkerhetsproblemen som orsakas av den brandfarliga organiska elektrolyten, den vattenhaltiga elektrolyten, kännetecknas av inneboende obrännbarhet, hög jonledningsförmåga, och icke-toxicitet, är en lovande kandidat för storskaliga bärbara och flexibla MB-applikationer. Som en konsekvens, olika trycktekniker har använts för att tillverka plana vattenhaltiga MB. "Särskilt, screentryck kan effektivt kontrollera den exakta mönsterdesignen med justerbar reologi av bläcken, och är mycket lovande för storskalig applikation, " sa författaren.
I en ny artikel publicerad i Peking-baserad National Science Review , Zhong-Shuai Wu vid Dalian Institute of Chemical Physics, kinesiska vetenskapsakademin, konstruerad vattenhaltig uppladdningsbar plan Zn/MnO 2 batterier enligt tillämplig och kostnadseffektiv screentryckstrategi. "Den plana Zn/MnO 2 mikrobatterier, fri från separatorer, tillverkades genom att direkt trycka zinkbläcket som anod och γ-MnO2-bläck som katod, högkvalitativt grafenbläck som metallfria strömavtagare, arbetar i miljövänliga neutrala vattenhaltiga elektrolyter av 2 M ZnSO 4 och 0,5 M MnSO 4 , ", sa författaren. Olika former av Zn/MnO 2 MB tillverkades på olika substrat, vilket innebär potentiella utbredda applikationer.
Den plana separatorfria Zn/MnO 2 MB, testad i neutral vattenhaltig elektrolyt, leverera hög volymetrisk kapacitet på 19,3 mAh/cm3 (motsvarande 393 mAh/g), vid 7,5 mA/cm3, och anmärkningsvärd volymetrisk energitäthet på 17,3 mWh/cm3, bättre presterande litium-tunnfilmsbatterier ( <=10 mWh/cm3). Dessutom, Zn/MnO 2 plana MB presenterar långsiktig cyklbarhet, håller hög kapacitetsretention på 83,9 % efter 1300 gånger vid 5 C, överlägsen staplad Zn/MnO 2 MB rapporterade. Också, Zn/MnO 2 plana MB uppvisar exceptionell flexibilitet utan observerbar kapacitetsminskning under allvarlig deformation, och anmärkningsvärd seriell och parallell integration av konstruktion av bipolära celler med hög spänning och kapacitet.
Detta tillfredsställande resultat kommer att öppna många spännande möjligheter inom olika tillämpningar av intelligenta, tryckt och miniatyriserad elektronik. Också, detta arbete kommer att inspirera forskare som arbetar inom nanoteknik, kemi, materialvetenskap och energilagring, och kan ha en betydande inverkan på både framtida teknisk utveckling av plana mikroskaliga energilagringsenheter och forskning av grafenbaserade material.
